CN1398999A - 一种含铝、硼高强度微合金钢的生产工艺方法 - Google Patents

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Abstract

一种高强度微合金钢的生产工艺方法，通过在普通低碳含锰钢成分的基础上进行微合金化，加入0.06～0.3％Al和15～80ppmB，并控制C含量在0.04～0.08％，改变工艺控制制度得到形变诱导多相组织钢，保证在钢的强度提高的同时屈服强度与抗拉强度之比较低，并同时提高终轧温度，降低冶炼及轧制过程中的能耗和生产成本。采用本发明的成分及加工工艺的钢材屈服强度在800Mpa以上，屈服强度和抗拉强度之比在0.8左右，延伸率大于11％，具有优良的综合性能。

Description

一种含铝、硼高强度微合金钢的生产工艺方法
本发明涉及高强度微合金钢的生产工艺方法，属于国际专利分类C22C38/00。
目前许多国家针对屈服强度大于800MPa的低合金钢开展了相应的研究，主要目标是通过钢质洁净化、组织超细化和超均质化使钢的强度和寿命大幅度提高。根据A.Sato，Research project on innovativesteels in Japan(STX-21 project)，Proc.of The International Workshop onThe Innovative Structural Materials For Infrastructure in 21st Century，2000，Tsukuba，Japan，1-10文献报道，日本在低合金钢中获得了抗拉强度达到700MPa和屈服强度超过600MPa的超细晶粒试验钢，其成分为0.05％C-0.01％Si-1.95％Mn-0.032％Al，主要途径为在低温(913K)进行多道次轧制然后水冷，得到1μm以下的铁素体和马氏体混合超细晶粒。由于采取低温大压下量，所以对于轧机的性能要求很高并且轧制过程中能耗较大。另根据W.P.Lee，Development ofhigh performance structural steels for 21st century，Proc.of TheInternational Workshop on The Innovative Structural Materials ForInfrastructure in 21st Century，2000，Tsukuba，Japan，33-36文献报道，韩国800MPa级高强度钢课题在2.3mm厚钢板中获得了尺寸为2.3μm的铁素体和贝氏体组织，抗拉强度达到765MPa，屈服强度600MPa。主要途径为增加奥氏体低温大变形量，提高相变驱动力。日本和韩国的研究结果均存在一个问题即超高强度钢在强度提高的同时，屈强比也增高，而均匀塑性应变降低。并且采用低温大变形量工艺，生产过程中能耗大，生产效率低。
本发明的目的在于通过加入微量的Al和B改变工艺控制制度得到形变诱导多相组织钢，保证在钢的强度提高的同时屈服强度与抗拉强度之比较低，并同时提高终轧温度，降低冶炼及轧制过程中的能耗和生产成本。
本发明微合金钢是在普通低碳含锰钢成分的基础上进行微合金化，加入0.06～0.3％Al和15～80ppmB，并控制C含量在0.04～0.08％，其主要成分设计如下(重量百分比％)：
C：0.04～0.08％，Mn：1.8～2.6％，Nb：0.03～0.06％，
Ti：≤0.03％，Al：0.06～0.3％，B：15～80ppm。
本发明所采用的变形工艺制度为：
钢坯在1180℃-1200℃，保温30～50min，使得微合金元素完全固溶，以便在轧制和热处理过程中充分发挥微合金元素的作用。开轧温度为1020℃～1100℃，总变形量大于80％，每道次变形量不小于25％，终轧温度为780℃～870℃，轧后直接进行淬水处理。
本发明的碳含量控制在0.04～0.08％，锰含量在1.8～2.6％范围内，使其在所设计的变形工艺条件下诱导出一定含量的超细铁素体组织。0.03～0.06％的Nb的加入可在奥氏体区发生形变诱导析出，提高了奥氏体非再结晶温度，并使奥氏体晶粒细化。
本发明利用奥氏体非再结晶区轧制，在钢坯表面层诱发一定量的超细铁素体而心部为变形的奥氏体，在随后的快冷过程中，表面层1/6～1/4厚度或直径范围内的超细铁素体被保留下来，得到形变诱导的超细铁素体组织，而心部变形奥氏体大部分转化为极细的马氏体组织，形成马氏体、贝氏体和残留奥氏体的复合组织。
本发明的优点在于：由于是在普通低碳含锰钢成分的基础上进行微合金化，合金元素含量少，并且C含量不需控制得太低，减少了冶炼能耗，从而降低了生产成本，又由于提高了终轧温度，轧后直接进行淬水处理，无须热处理过程，使得钢材的生产效率高，能耗低，同时微合金元素在加热、变形及冷却过程中的作用对微合金钢进行组织控制，实现了试验钢板在屈服强度达到800MPa以上的同时屈强强度与抗拉强度之比保持在0.8左右，均匀塑性应变仍然较高。延伸率大于11％，具有良好的综合性能，并且试验钢的晶粒尺寸小于3μm。
下面结合实施例进一步说明本发明。
按表1.所设计的成分，用真空感应炉冶炼出25Kg钢锭，然后锻造成40mm钢坯，将锻造的40mm厚钢坯在1200℃保温30分钟，然后进行轧制实验。开轧温度为1020℃，具体轧制工艺如表2所示。终轧温度分别为780℃和870℃。钢板轧后直接进行淬水处理。实施例的钢板力学性能见表3。从表3可见，实施例的微合金钢板的屈强强度与抗拉强度之比分别为0.79和0.81。
图1a为钢板表面层的超细铁素体组织。
图1b为钢板心部马氏体和残留奥氏体。
从图中的组织可以看出，钢板表面层为具有良好韧性的超细铁素体组织，钢板的心部主要为具有高强度的马氏体组织，这样超细铁素体和马氏体的混合组织保证了钢板具有高强度和良好韧性的综合性能。
表1.本发明实验钢的成分(wt％)
 No   C  Mn   Si   Nb   Ti   P   S   V   Bt   N  Al  Ni
 B2   0.062  2.34   0.47   0.044   0.029   0.0038  0.011   0.032   0.0067   0.0063  0.21  0.046
表2.钢板的轧制工艺
轧件原始厚度   第一道次   第二道次   第三道次  第四道次  最后道次
  40(mm)     24     26     11     8     6
  变形量     40％     33.3％     31.3％     27.3％     25.0％
表3.本发明实验钢板的力学性能
No.   开轧温度(℃)   终轧温度(℃)   屈服强度σs(MPa)   抗拉强度σb(MPa)   延伸率δ(％)   屈强比σs/σb
 B2c-2    1020    780    815   1030   13.3   0.79
 B2d-2    1020    870    843   1040   11.0   0.81

Claims (2)

1、一种高强度微合金钢的生产工艺方法，其特征在于钢坯在1180℃-1200℃，保温30～50min，开轧温度为1020℃～1100℃，总变形量大于80％，每道次变形量不小于25％，终轧温度为780℃～870℃，轧后直接进行淬水处理。
2、如权利要求1所述的高强度微合金钢，其特征在于成分主要组成为(重量百分比)C：0.04～0.08％，Mn：1.8～2.6％，Nb：0.03～0.06％，Ti：≤0.03％，Al：0.06～0.3％，B：15～80ppm。
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